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前言卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合井架桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点，广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且灵活性较差，故一般中小型工程仍然广泛应用卷扬机，汽车起吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在工程中广泛应用，故大多设备的安装仍然是由卷扬机承担的。卷扬机除在工程、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。由于我们知识经验有限，设计上难免存在不足之处，希望老师多加指正。产品名称：电动卷扬机设计要求：额定起升重量5吨起升速度12.5m/min工作条件：频繁启动，粉尘量大第一部分功能分析卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种，本文以电动卷扬机为例作介绍。电动卷扬机主要由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。图1功能结构图1—电动机2—联轴器3—减速器4—卷筒5—导向滑轮6—滑轮组7—吊钩卷扬机黑箱图第二部分设计方案1.方案选择系统总体方案为：电动机→传动系统→执行机构，初选三种方案，如下：方案1如图2所示图2方案1描述：该方案由一个大齿轮固定在卷筒上，转矩通过开式齿轮由减速器传给卷筒。这种布置占用空间小，对小传动并不适合。方案2如图3所示扭矩钢丝绳动能齿轮传动系统电机图3方案2描述：该方案卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，卷筒所受弯矩较大。方案3如图4所示图4方案3描述：该方案转矩通过连轴器传给卷筒，卷筒轴上有两处支撑。由于低速级转矩大，联轴器尺寸也很大，再加上两处支撑，在轴向布置上占用较大空间。经过上述三个方案比较，综合考虑到各个部件的使用寿命及整体结构的大小，最终确定采用方案三。此方案中减速器采用二级齿轮减速，蜗轮蜗杆减速器虽然可以实现较大的传动比，整体布局也小，但传动不平稳，传动效率低；若为二级圆柱圆锥减速器，圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。所以，最红采用二级圆柱齿轮减速器。2.参数确定1)电动机选择本设计5吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁，工作粉尘量大。因此，选择电动机应与其工作特点相适应，采用三相交流异步电动机。𝑝𝑑=𝑝𝑤𝜂=𝐹𝑤×𝑣𝑤1000𝜂式中，𝑝𝑤—工作机所需工作功率𝜂—由电动机到工作机的总效率，取𝜂=0.85选取电机功率N=15KW，转速750rpm2)钢丝绳直径的选择𝑛𝑔=𝑠𝑝𝑓𝑒≥[𝑛]式中，𝑠𝑝—整条钢丝绳的破断拉力((N)𝑓𝑒—钢丝绳的额定拉力[𝑛]—卷扬机工作级别规定的最小安全系数，则选取安全系数[n]=7该设计卷扬机额定载荷5吨，采用双联滑轮起重滑轮组𝑑𝑚𝑖𝑛=C√𝑆=0.1036√1.25×10^4=11.58𝑚𝑚式中，S—钢丝绳的最大拉力((KN)C—钢丝绳的选取系数，经查表C=0.1036𝑠𝑝≥[n]s=7×1.25×104=87.5kN钢丝绳型号选择：钢丝绳6×19（a），直径为14mm3)卷筒的结构设计1、卷筒节径D卷筒节径D应满足计算式D≥𝐾𝑒𝑑式中：Ke—筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得Ke=19d—钢丝绳直径(mm)D≥𝐾𝑒𝑑=19×14=266𝐷0=D−d=266−14=252，取𝐷0=2502、卷筒容绳宽度Bt卷筒容绳宽度Bt应满足计算式𝐵𝑡≤3𝐷0=3×250=750，取Bt=6003.减速器的设计1)传动比计算图5减速器简图总传动比计算式：i=𝑛𝑑𝑛0式中：i—机构的总传动比nd—电动机额定转速，r/minn0—卷筒转速，r/min，故绞车提升时滚筒的转速度有：2nπ×𝑑2=𝑣𝑛𝑜=2×12.53.14×0.25=32r/mini=𝑛𝑑𝑛0=750/32=23.4375取i0=4，𝑖1=𝑖𝑖0=93.755.25=5.852)各轴转速轴1：n1=750r/min轴2：n2=750/4=187.5r/min轴3：n3=32.05r/min卷筒轴：n4=32.05r/min3)各轴功率轴1：P1=Pd*η1=15×0.99=14.85KW轴2：P2=P1*η2=14.85×0.98=14.553KW轴3：P3=P2*η3=14.553×0.97=14.116KW卷筒轴：P3=P4*η4=14.116×0.99=13.975KW4)各轴转矩电动机轴输出转矩为：𝑇𝑑=9550𝑃𝑑𝑛𝑑=9550×15750=191N·m轴1：T1=Td*η1=191×0.99=189.09N·m轴2：T2=T1*η2*i1=189.09×0.98×4=741.233N·m轴3：T3=T2*η3*i2=741.233×0.97×9=4206.125N·m卷筒轴：T4=T3÷η4=4206.125÷0.99=4248.612N·m5)齿轮传动的设计计算一级传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸项目小齿轮大齿轮材料及热处理45钢调质45钢正火基本参数齿数1768模数2.5压力角20°齿顶高系数11齿隙系数0.250.25主要尺寸中心距106.25齿宽2015分度圆直径42.5170齿顶圆直径47.5175齿根圆直径36.25163.75传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸项目小齿轮大齿轮材料及热处理45钢调质45钢正火基本参数齿数20110模数5压力角20°齿顶高系数11齿隙系数0.250.25主要尺寸中心距325齿宽4035分度圆直径100550齿顶圆直径110560齿根圆直径87.5537.5第六部分总结经过此次方案设计，对我们设计专业的学生，尤其对缺乏锻炼的我们，是一次知识、能力的综合测试。本次方案以电动卷扬机结构方案设计，从功能原理分析，到方案设计，评优，对方案中主要参数做了设计。运用参考资料，以用少有的经验，对我们自主设计的素质起到良好的锻炼。此方案题目灵活，尤其促进我们的大脑创造力对我们的思考问题方式指明了一个确切方向，为以后的学习及工作奠定了基础。参考文献[1]齐国治.建筑卷扬机设计[M].北京：机械工业出版社，1996.[2l濮良贵.《机械设计》第六版[M].北京：高等教育出版社，1996.[3]《JD-11.4型调度绞车说明书》[J].徐州矿山设备制造厂：19994.[4]邱宣怀.机械设计第四版[M].北京：高等教育出版社，1997.[5]成大先.机械设计手册[S].北京：化学工业出版社，1993.[6]汪恺.机械设计标准应用手册[S].北京：机械工业出版社，1997.